工業機器人運用技術研究

宋曉芳

（河南經濟貿易高級技工學校，河南新鄉 453700）

工業機器人運用技術研究

宋曉芳

（河南經濟貿易高級技工學校，河南新鄉 453700）

工業機器人運用技術主要指的是在現有工業機器人的基礎上研發而來的相關技術，主要目的是增強工業機器人的感知適應能力，提高運動精度。隨著工業機器人的快速發展，工業機器人在汽車制造和機械加工等作業中得到了廣泛的應用。本文針對現有的工業機器人運用技術進行重點研究，以期能夠加快我國制造業往智能化方向發展。

工業機器人；運用技術；智能化

工業機器人具有精度高、穩定可靠、工作效率高，能夠在高危環境下進行作業等優勢［1］。工業機器人在傳統制造業尤其是勞動密集型產業的升級中發揮著重要的作用，在過去的十年中，得益于政府的政策支持和穩定的匯率等，我國的制造業得到了廣泛且快速地發展，全球化經濟模式目前已經顯著改變了制造業的整體格局。而隨著我國勞動力產業的轉型，我國大量的勞動密集型產業面臨著巨大的挑戰。國外一些發達國家的制造業轉移逐漸使得上述國家經濟發展受到影響，因此促使其進行深度的反思［2］。通過工業機器人的廣泛應用，使得發達國家在工業制造業范圍之內加重了工業機器人應用技術的砝碼。例如，谷歌公司收購了8家機器人公司，引起了人們的廣泛關注。我國現階段的發展情況與國外發達國家幾十年前非常相似，一旦不能解決勞動密集型產業的問題，勢必會影響到國家經濟的發展方向。為了避免出現重蹈覆轍的情況，我國必須重視以工業機器人運用技術為切入點的工業革命。

工業機器人作為機器人領域中的先頭部隊，從誕生起就顯示出了極強的生命力，在制造自動化領域中得到了廣泛的應用。經過多年的完善和發展不難發現，工業機器人在工作空間、承載能力、運動速度、重復定位精度方面有大幅度的提升［3］。現階段的制造業對機器人的需求也不在僅僅是實現簡單的機械運動，而是在實現連續性操作和小批量生產方面有著廣泛的應用。基于此，工業機器人要具有良好的性能，也要對工作對象具有一定的感知適應能力，提高機器人的協調控制功能。中小企業所使用的工業機器人在自動化需求方面受到一定程度的限制，主要原因是中下企業的發展水平不夠高，對于自動化的需求也不夠高。為了能夠加大工業機器人在中小企業中的應用范圍，需要不斷創新工業機器人，以期能夠更好地滿足中小企業發展需求。目前，關于工業機器人的研究方向主要有以下幾個方面：直覺示教與快捷編程技術，運動標定與誤差補償技術，力和運動混合控制技術。

1 直覺示教與快捷編程技術

工業機器人的主要編程方式有離線編程、在線編程2種［4］。離線編程是一種控制程序，具有編程效率高的優勢。在使用離線編程或者在線編程過程中，依賴于以下幾個條件：有工件的三維數字模型，定位精度高，安裝精度比較高。在上述幾個條件中，尤其是對機器人的定位精度和安裝精度要求更高［5］。此外，工件的安裝存在一定誤差。一旦沒有進行機器人的誤差補償，離線編程方法很難在高精度的作業中得到實際應用。例如，汽車廠商在焊接過程中使用機器人所耗費的時間大約20h，而人工焊接所耗費的時間約60h。

現階段來看，直覺在示教技術的研究中主要體現在以下方面：在手動牽引的指導下的直覺示教方法，在人工演示指導下的直覺示教方法［6］。從手動牽引下的直接示教方法來看，主要是通過手的力度來控制好力的大小，再控制轉換信號。工業機器人能夠模仿人類手的動作，記錄詳細的運動軌跡，再進行牽引。上述操作方法主要缺點有需要耗費很大的財力才能購買傳感器，對操作工作人員的安全性有更高的要求兩方面。從人工指導下的直覺示教方法來看，此種方法通過在示教筆上加裝定位表示，操作者本身要清楚目標軌跡的運動方向，再在相關追蹤系統的指導下進行示教。國外早已經使用手動牽引的直覺示教方法來適應多傳感器融合示教方法。但是，國內針對手動牽引方法開展的研究在實際工業中未得到廣泛應用［7］。

2 運動標定與誤差補償技術

通常工業機器人需要比較高的重度定位精度，但是由于工業機器人在零部件的組成上存在誤差，使得工業機器人的定位精度比較差，繼而在很大程度上影響了機器人的離線編程的運動控制精度，此時必須進行相關補償。傳統方法中，采用機器人誤差模型的離線運動方法出現的幾何誤差問題，再根據辨識誤差對機器人的運動學模型進行修正。針對上述研究問題，研究人員提出在機器人標定參數目標之下處理相應算法，有效解決了在線補償誤差問題［8］。現階段的主要研究熱點是建立新的誤差模型，從而達到降低測量裝置成本的目的。隨著三維數字化掃描技術在工業機器人領域中的應用范圍越來越廣泛，工作人員開始逐漸研究出越來越精明的在線誤差補償方法。在使用過程中，首先需要安裝一個三維數字化的掃描裝置，當機器人的末端接近工件時，進而對比出理論模型條件下的幾何特征；其次，準確地確定機器人末端對實際工作中所產生的誤差，最終提高運動控制精度。當前的機器人標定主要針對的是機器人操作系統的誤差，為了能夠進一步提高機器人的定位精度，最新研究開始考慮非幾何誤差對機器人的精度影響。

3 力和運動混合控制技術

現階段，所使用的工業機器人基本上都是為了執行運動學的相關任務而設計的，主要在以下方面得到了廣泛應用：上下料，焊接，噴涂。隨著工業機器人技術的不斷發展，在工業制造業中，開始使用工業機器人來進行一些簡單而不復雜的任務，如進行打磨任務和拋光任務等。打磨機器人一般由以下幾個部分組成：本體、控制柜、打磨工具、六維ATI力傳感器。工業機器人在打磨過程中，所使用的打磨工具能夠實現接觸面的良好控制，最終實現力與運動的混合控制。在打磨過程中，需要依靠計算機的打磨路徑，輸出與機器人控制柜的相連情況，打磨好機器人的加工過程。但是，現階段所使用的工業機器人沒有完好的控制力，所以在很大程度上限制了工業機器人的應用范圍。工業機器人在力的控制方法中有以下2種：①建立動力學模型；②增加開發實時力控制算法和末端執行裝置。在設計末端執行器中，容易實現高性能的控制，其實用性比較強。機器人的操作臂力運動混合控制主要表現在以下2個方面：阻抗控制方法和直接力控制方法。DLR的輕量化機器人則是通過阻抗控制方法來將需要控制的力反映到驅動關節中，實現力與運動的混合控制。

［1］楊麗紅，秦緒祥，蔡錦達，等.工業機器人定位精度標定技術的研究［J］.控制工程，2013（4）：785-788.

［2］霍兵，郁漢琪.工業機器人在MPS自動生產線中的應用［J］.南京工程學院學報（自然科學版），2015（1）：49-52.

［3］李平，陳啟愉，段先云，等.基于工業機器人的板材自動上下料系統研究［J］.機電工程技術，2016（8）：4-6，65.

［4］張立棟，李亮玉，王天琪，等.工業機器人逆解問題的旋量解法［J］.機械科學與技術，2016（4）：539-544.

［5］柳倩，桂建軍，楊小薇，等.工業機器人傳感控制技術研究現狀及發展態勢——基于專利文獻計量分析視角［J］.機器人，2016（5）：612-620.

［6］楊小磊，叢明，劉冬，等.六自由度工業機器人運動學標定方法［J］.華中科技大學學報（自然科學版），2015（Z1）：41-44.

［7］李勁松，趙連玉，劉振忠，等.基于MATLAB/SimMechanics工業機器人慣量前饋仿真研究［J］.天津理工大學學報，2015 （1）：21-24，40.

［8］鄭炳坤，葉峰，趙崇裕，等.工業機器人語言的詞法語法分析器研究［J］.機械設計與制造，2014（1）：209-212.

Research on the Application Technology of Industrial Robot

Song Xiaofang
（Henan Economic and Trade Senior Technical School，Xinxiang Henan 453700）

The application technology of industrial robots mainly refers to the related technology developed on the basis of existing industrial robots.The main purpose is to enhance the perceived adaptability of industrial robots and improve the precision of motion.With the rapid development of industrial robots,industrial robots have been widely used in automotive manufacturing and machining operations.This paper focused on the existing industrial robot application technology,in order to speed up the development of China's manufacturing industry in the direction of intelligence.

industrial robots；application technology；intellectualization

TP242.2

A

1003-5168（2017）04-0046-02

2017-03-22

宋曉芳（1982-），女，本科，中級講師，研究方向：電工電子。